專利名稱：一種大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸電系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于無(wú)尾家電的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，屬于無(wú)線供電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別(RFID)、二維碼、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)構(gòu)造的一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行交流，而無(wú)需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用RFID等技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)是今后網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨向，物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳遞、智能處理的特點(diǎn)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，家用電器的使用也可以更加智能，在未來(lái)，人們有可能遠(yuǎn)程遙控這些家用電器，而不必親自操作它們。為了滿足這一要求，現(xiàn)有的各種供電技術(shù)都有所不足，因此產(chǎn)生了非接觸式磁耦合共振的無(wú)線供電技術(shù)。對(duì)于采用有線供電的方式，用外接電路對(duì)家用電器供電，可以得到持久穩(wěn)定的電源。但是隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，家用電器的使用更加智能，很多時(shí)候有可能需要在無(wú)人為操作的條件下改變家用電器的位置，這時(shí)有限供電方式的電路就為設(shè)備的移動(dòng)帶來(lái)了很大的問(wèn)題。電磁波無(wú)線供電方式根據(jù)天線發(fā)送和接收的原理，可以直接在整流電路中將電波的交流波形變換成直流后加以利用，但是其只能為各種低功耗的電子產(chǎn)品充電或供電，諸如手機(jī)、MP3隨身聽(tīng)、溫度傳感器、助聽(tīng)器等。普通的磁耦合被用于短距離范圍，它要求被供電或充電的設(shè)備非?？拷袘?yīng)線圈，因?yàn)榇艌?chǎng)能量會(huì)隨距離的增加而迅速衰減，因而在傳統(tǒng)的磁感應(yīng)中，距離只能通過(guò)增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)增加，這不適合應(yīng)用于住宅等使用環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決大功率家電設(shè)備的無(wú)線供電問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提出一種基于磁耦合共振的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括整流濾波電路、高頻逆變電路、共振模塊、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路，其中共振模塊由能量發(fā)射線圈和能量接收線圈組成，整流濾波電路的輸入連接交流電源，整流濾波電路、高頻逆變電路和能量發(fā)射線圈依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的供電端，能量接收線圈、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的受電端，供電控制電路的輸出連接負(fù)載，供電端和受電端通過(guò)能量發(fā)射線圈和能量接收線圈之間產(chǎn)生的電磁共振傳輸能量。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果1)可實(shí)現(xiàn)家用電器等大功率設(shè)備的無(wú)線供電，不僅能提供穩(wěn)定的電源，還無(wú)需外接電路，使設(shè)備的移動(dòng)變得極為方便，為設(shè)備的智能控制以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。2)使用匹配的諧振線圈，增加了磁耦合的發(fā)生距離，而無(wú)需增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。3)在允許的距離范圍內(nèi)，可以有多個(gè)接收線圈與同一個(gè)發(fā)射線圈產(chǎn)生共振，共同從發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得能量，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)供電端同時(shí)為多個(gè)受電端(設(shè)備)供電，使應(yīng)用方式更加靈活。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖中Ll為能量發(fā)射線圈，L2為能量接收線圈。圖3為整流濾波電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為高頻逆變電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括整流濾波電路、高頻逆變電路、共振模塊、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路，其中共振模塊由能量發(fā)射線圈和能量接收線圈組成，整流濾波電路的輸入連接交流電源，供電控制電路的輸出連接負(fù)載，整流濾波電路、高頻逆變電路和能量發(fā)射線圈依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的供電端，能量接收線圈、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的受電端，供電端和受電端通過(guò)能量發(fā)射線圈和能量接收線圈之間產(chǎn)生的電磁共振傳輸能量。本發(fā)明系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中能量發(fā)射線圈Ll和能量接收線圈L2組成了共振模塊。本系統(tǒng)的工作原理為220V的市電交流電源經(jīng)過(guò)整流濾波電路之后向高頻逆變電路提供平穩(wěn)的直流電流，該直流電流經(jīng)過(guò)高頻逆變后轉(zhuǎn)變?yōu)镮OMHz的高頻交變電流輸送給能量發(fā)射線圈(原邊線圈)，逆變電路輸出的交變電流在能量發(fā)射線圈中流過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁輻射向外界輻射電磁能量，根據(jù)電磁共振原理，在接收端設(shè)置與發(fā)射線圈尺寸相同的能量接收線圈(副邊線圈)，由于兩個(gè)頻率相同的諧振物體可以產(chǎn)生很強(qiáng)的耦合，接收線圈通過(guò)磁感應(yīng)從發(fā)射線圈的磁場(chǎng)獲得能量，再經(jīng)過(guò)整流穩(wěn)壓和能量控制后給用電設(shè)備提供電壓U、電流I參數(shù)適合的電源，完成整個(gè)非接觸式電能傳輸過(guò)程。圖3提供了一種整流濾波電路的實(shí)施例結(jié)構(gòu)，其是由四個(gè)全橋整流二極管和一個(gè)濾波電容構(gòu)成。當(dāng)選用220V單相工頻交流電源作為供電電源時(shí)，經(jīng)過(guò)整流濾波后則得到 300V左右的直流電源，然后供給逆變電路進(jìn)行高頻逆變。圖4提供了一種高頻逆變電路的實(shí)施例結(jié)構(gòu)。高頻逆變電路可采用全橋或半橋的逆變方式。高頻逆變電路將直流電轉(zhuǎn)變成IOMHz的高頻交流電傳輸給發(fā)射線圈，這樣發(fā)射線圈就可以產(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)，使接收線圈接收到足夠多的能量。本發(fā)明系統(tǒng)由于使用匹配的諧振線圈，所以可使磁耦合在幾英尺的距離內(nèi)發(fā)生， 而不需要增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，這就解決了供電的功率問(wèn)題，即可為大功率電器設(shè)備提供穩(wěn)定的電能。本發(fā)明系統(tǒng)還可擴(kuò)展為一個(gè)供電端同時(shí)為多個(gè)受電端供電的結(jié)構(gòu)，即在允許的距離范圍內(nèi)，可以有多個(gè)接收線圈與同一個(gè)發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁共振，從而為多個(gè)用電設(shè)備輸送電能。 能量接收線圈中所獲得的能量需整流變換成直流電，整流穩(wěn)壓電路的整流部分根據(jù)實(shí)際需要可采用半波整流或者全波整流，然后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓和濾波之后通過(guò)供電控制電路傳輸給負(fù)載。供電控制電路是一個(gè)由升壓電路組成的開(kāi)關(guān)模式控制器，用來(lái)對(duì)負(fù)載進(jìn)行相應(yīng)的電壓U、電流I參數(shù)控制，以使用電設(shè)備處于合適的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括整流濾波電路、高頻逆變電路、共振模塊、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路，其中共振模塊由能量發(fā)射線圈和能量接收線圈組成，整流濾波電路的輸入連接交流電源，整流濾波電路、高頻逆變電路和能量發(fā)射線圈依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的供電端，能量接收線圈、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路依次串接構(gòu)成該系統(tǒng)的受電端，供電控制電路的輸出連接負(fù)載，供電端和受電端通過(guò)能量發(fā)射線圈和能量接收線圈之間產(chǎn)生的電磁共振傳輸能量°
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于所述整流濾波電路采用全橋結(jié)構(gòu)，將220V交流電整流成300V直流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于所述高頻逆變電路采用全橋或半橋逆變結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于所述能量發(fā)射線圈與能量接收線圈的尺寸相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于所述供電控制電路是由升壓電路組成的開(kāi)關(guān)模式控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，其特征在于所述高頻逆變電路給能量發(fā)射線圈提供IOMHz的高頻交流電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率無(wú)線輸電系統(tǒng)，屬于無(wú)線供電領(lǐng)域。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括整流濾波電路、高頻逆變電路、共振模塊、整流穩(wěn)壓電路和供電控制電路，其中共振模塊由能量發(fā)射線圈和能量接收線圈組成，交流電源經(jīng)過(guò)整流濾波電路后給高頻逆變電路提供平穩(wěn)的直流電，該直流電經(jīng)逆變電路變?yōu)?0MHz的高頻交流電輸送給發(fā)射線圈，接收線圈通過(guò)電磁共振從發(fā)射線圈的磁場(chǎng)獲得能量，再經(jīng)整流穩(wěn)壓和能量控制后將電能提供給負(fù)載。本發(fā)明可為大功率電器設(shè)備無(wú)線供電，無(wú)需要外接電路，使設(shè)備的移動(dòng)變得極為方便，為以后物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102170177SQ201110106328
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者吳楓, 楊祎綪, 袁家斌 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)